Контрольная работа - Электрический ток
Подождите немного. Документ загружается.
до 1000 В должны быть расположены на высоте не менее 6 м, а внутри
помещений — не ниже 3,5 м. А для исключения перекрытия при напряжении
110 кВ люди должны находиться не ближе 1,0 м от токоведущих частей, при
220 кВ — не ближе 2,0 м, при 400-500 кВ — 3,5 м, при 750 кВ — 5,0 м и 1150
кВ — 8,0 м.
Электрическое разделение сетей — это разделение электрической
сети на отдельные электрически несвязанные между собой участки с
помощью разделительных трансформаторов (рис. 3). Эта мера защиты
применяется в разветвленной электрической сети, которая имеет
значительную емкость и соответственно небольшое сопротивление изоляции
относительно земли. Эксплуатация таких сетей может оказаться опасной, так
как в сетях напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью снижается
защитная роль изоляции проводов и усиливается опасность поражения
человека электрическим током в случае прикосновения к токоведущим
частям.
Рис. 3. Схема электрического разделения
сети с помощью разделительного трансформатора.
Опасность поражения можно резко уменьшить, если единую
разветвленную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции
разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые будут
обладать небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции. Ток
через человека, прикоснувшегося к одной из фаз, будет определяться
высоким сопротивлением фаз относительно земли:
I
h
=3 U / Z
Если в сетях напряжением 380 В полное сопротивление фаз
относительно земли Z= 100 кОм, а сопротивление человека
R
h
= 1 кОм,
ток, проходящий через человека, не превысит 10 мА:
I
h
= 3*220/100 = 6,6
мА. Для разделения сетей могут применяться не только трансформаторы
(рис. 3), позволяющие изолировать электроприемники от сети, но и
преобразователи частоты и выпрямительные устройства, которые
связываются с питающей их сетью через трансформаторы. При соединении
через автотрансформатор сеть остается единой и ток замыкания на землю и
ток через человека не уменьшаются.
11
Область применения электрического разделения сетей —
электроустановки до 1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной
степенью опасности (передвижные электроустановки, ручной
электрифицированный инструмент и т. п.).
Малое напряжение — это номинальное напряжение не более 42 В,
применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим
током. Для повышения безопасности в условиях с повышенной опасностью и
в особо опасных условиях для ручного электроинструмента (дрель, гайковерт
и др.) применяется напряжение 42 В и ниже, а для ручных ламп 12 В. Кроме
того, в шахтерских лампах и некоторых бытовых приборах применяются
очень малые напряжения, вплоть до 2,5 В.
Если принять сопротивление человека равным 1 кОм, то ток,
проходящий через человека при напряжении 42 В, будет равен 42 мА. Хотя
при U = 42 В сопротивление человека несколько кОм, ток для большинства
людей все равно будет являться неотпускающим. Лишь при напряжении 6-10
В ток через человека не превысит допустимого при случайном
прикосновении значения, равного 10 мА. Таким образом, наибольшая
степень безопасности достигается при напряжениях до 10 В.
Поэтому для достижения необходимой степени безопасности при
работе в помещениях с повышенной опасностью или в особо опасных
помещениях дополнительно применяются другие защитные меры, в
частности двойная изоляция, защита от прикосновения и др.
В качестве источников малого напряжения применяются батареи
гальванических элементов, аккумуляторы, выпрямительные установки,
преобразователи частоты и понизительные трансформаторы. Применение
автотрансформаторов для этой цели недопустимо, так как в этом случае
отсутствует гальваническая развязка с сетью.
Надежным средством защиты человека от поражения электрическим
током является двойная изоляция, состоящая из основной и
дополнительной. Основная (рабочая) электрическая изоляция токоведущих
частей электроустановки обеспечивает нормальную ее работу и защиту от
поражения электрическим током, а дополнительная электрическая изоляция
предусматривается дополнительно к основной изоляции для защиты от
поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции.
Область применения двойной изоляции ограничивается
электрооборудованием небольшой мощности — электрифицированным
ручным инструментом, некоторыми переносными устройствами, бытовыми
приборами и ручными электрическими лампами (рис. 4).
12
Рис. 4. Электроинструмент с двойной изоляцией
1-выключатель, 2-дополнительная изоляция, 3-электродвигатель, 4-корпус,
5-редуктор, 6-изолирующая вставка на валу.
К защитным мерам относится к о н т р о л ь и п р о ф и л а к т и к а
п о в р е ж д е н и й и з о л я ц и и . Непосредственно контроль изоляции
заключается в измерении ее активного и омического сопротивления для
обнаружения дефектов и предупреждения замыкания на землю и коротких
замыканий.
В порядке профилактики повреждений изоляции, при которых
возникает опасность поражения электрическим током, а также выходит из
строя оборудование, согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ)
периодически проводятся испытания повышенным напряжением и контроль
сопротивления изоляции. Измерения сопротивления изоляции проводят
мегомметром. Чтобы не повредить изоляцию при проведении испытаний,
Правила эксплуатации (ПЭ) регламентируют напряжение мегомметра в
зависимости от номинального напряжения электроустановки. Выявленные
участки с дефектной изоляцией подвергаются ремонту. В настоящее время
для контроля состояния изоляции находят широкое применение устройства
автоматического (непрерывного) контроля активного сопротивления
изоляции сети или электроустановки относительно земли.
В ы р а в н и в а н и е п о т е н ц и а л о в — это способ снижения
напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к
которым возможно одновременное прикосновение или на которых может
одновременно стоять человек.
Для равномерного распределения электрического потенциала на
площадке, запятой электрическим оборудованием, применяются
искусственные заземлители. Для этих целей на территории открытых
распределительных устройств (ОРУ) прокладывают заземляющие полосы на
глубине 0,5-0,7 м вдоль рядов оборудования и в поперечном направлении, т.
е. образуется заземляющая сетка, к которой присоединяется заземляемое
оборудование.
13
При пробое изоляции в каком-либо аппарате его корпус и
заземляющий контур окажутся под некоторым потенциалом
ϕ
з
. Так как
заземлители располагаются на небольшом (несколько метров) расстоянии
друг от друга, поля растекания заземлителей накладываются, и любая точка
поверхности грунта внутри контура приобретает значительный потенциал,
уменьшающийся по мере удаления от заземлителей. Однако из-за близости
заземлителей друг от друга разность потенциалов между точками,
находящимися внутри контура, существенно уменьшается, происходит как
бы выравнивание потенциалов, и поэтому напряжения прикосновения и шага
будут небольшими и относительно безопасными для человека.
Понятно, что выравнивание потенциалов используется прежде всего
при эксплуатации установок выше 1000 В.
Наибольшее распространение среди технических мер защиты человека
в сетях до 1000 В получили защитное заземление, зануление, защитное
отключение.
Защитное заземление — это преднамеренное электрическое
соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих
частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением (рис. 5).
Рис. 5. Принципиальная схема защитного заземления.
Защитное действие заземления основано на снижении напряжения
прикосновения при попадании напряжения на нетоковедущие части
(вследствие замыкания на корпус или других причин), что достигается
уменьшением разности потенциалов между корпусом электроустановки и
землей как из-за малого сопротивления заземления, так и повышения
потенциала примыкающей к оборудованию поверхности земли. Чем меньше
сопротивление заземления, тем выше защитный эффект.
14
Значение сопротивления защитного заземления определяется из
условия обеспечения на корпусе электроустановки допустимого напряжения
прикосновения
U
пду
, т.е.
R
3
=
U
пду
I
3
⋅α
где
α
— коэффициент напряжения прикосновения,
α=1
;
I
3
— расчетный ток замыкания на землю.
В сетях до 1000 В расчетный ток замыкания на землю равен
U
3
≈
3 U
ф
Z
зм
, где
Z
зм
— сопротивление грунта в месте замыкания,
Z
зм
≈ 100 Ом
.
Для
U
л
=380 В
I
3
=
3⋅220
100
=6 ,6 А
, откуда при
U
пду
= 20 В
(в
соответствии с ГОСТ 12.1.038-82) и наиболее опасном значении
α=1
имеем
R
3
=
20
6. 6⋅1
≈3 Ом
.
Согласно ГОСТ 12.1.030-81 для трехфазных сетей с заземленной
нейтралью источника питания напряжением 220, 380, 660 В и однофазных
сетей напряжением 127, 220, 380 В сопротивление заземления должно быть
не более 8, 4, 2 Ом соответственно; в сетях с изолированной нейтралью до
1000 В
R
3
≈10 Ом
в сочетании с контролем сопротивления изоляции.
При напряжениях от 1 кВ до 35 кВ включительно
R
3
=
250
I
3
. Реально
оно не превышает 10 Ом.
При больших токах замыкания на землю (т. е. более 500 А), что
характерно для линий 110 кВ и выше,
R
3
≤0 .5 Ом
.
Защитное заземление применяется в трехфазной трехпроводной сети
напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым
режимом нейтрали (в четырехпроводных трехфазных сетях с заземленной
нейтралью напряжением до 1000 В в качестве защитной меры в
стационарных установках применяется зануление).
Зануление — это преднамеренное электрическое соединение с
нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей,
которые могут оказаться под напряжением (рис. 6).
15
Рис.6. Принципиальная схема зануления электроустановки.
Защитное действие зануления состоит в следующем. При пробое
изоляции на корпус образуется цепь с очень малым сопротивлением: фаза-
корпус-нулевой провод-фаза. Следовательно, пробой на корпус при наличии
зануления превращается в однофазное короткое замыкание (КЗ).
Возникающий в цепи ток резко возрастает, в результате чего
срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает
поврежденный участок сети. Для обеспечения надежного отключения
необходимо, чтобы ток КЗ превышал номинальный ток защиты:
I
кз
≈KI
ном
,
где
I
ном
— номинальный ток плавкой вставки или ток установки
расцепителя автомата; К — коэффициент кратности, равный 3 для плавких
вставок и автоматов с обратнозависимой от тока характеристикой, при отсут-
ствии заводских данных для автоматов с номинальным током до 100 А
кратность тока КЗ относительно величины установки следует принимать
равной 1,4, для прочих автоматов — 1,25.
Для схемы зануления необходимо наличие в сети нулевого провода,
заземления нейтрали источника и повторного заземления нулевого провода.
Назначение нулевого провода — создание для тока КЗ цепи с малым
сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для срабатывания защиты,
т. е. быстрого отключения поврежденной установки от сети.
Назначение повторного заземления нулевого провода, которое для
воздушных сетей осуществляется через каждые 250 м, состоит в уменьшении
потенциала зануленных корпусов при обрыве нулевого провода и замыкании
фазы на корпус за местом обрыва. Поскольку повторное заземление
значительно уменьшает опасность поражения током, но не устраняет ее
полностью, необходима тщательная прокладка нулевого провода, чтобы
исключить обрыв. Нельзя ставить в нулевом проводе предохранители,
рубильники и другие приборы, нарушающие целостность нулевого провода.
Назначение заземления нейтрали — снижение до Минимального
значения напряжения относительно земли нулевого провода и всех
присоединенных к нему корпусов при случайном замыкании фазы на землю.
В соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление или
зануление электроустановок следует выполнять:
16
- при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, а также
440 В и выше постоянного тока — во всех случаях;
- при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от
110 до 440 В постоянного тока — при работах в условиях с
повышенной опасностью и особо опасных.
Защитное отключение — это быстродействующая защита,
обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при
возникновении опасности поражения током. Такая опасность может
возникнуть, в частности: при замыкании фазы на корпус электрообору-
дования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли
ниже определенного предела; при появлении в сети более высокого
напряжения; при прикосновении человека к токоведущей части, находящейся
под напряжением.
Любой из этих параметров, а точнее — изменение его до
определенного предела, при котором возникает опасность поражения
человека током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание
защитно-отключающего устройства, т. е. автоматическое отключение
опасного участка цепи.
К устройствам защитного отключения (УЗО) предъявляется ряд
требований: быстродействие — длительность отключения поврежденного
участка сети должна быть не более 0,2 с; надежность; высокая
чувствительность — входной сигнал по току не должен превышать несколь-
ких миллиампер, а по напряжению — нескольких десятков вольт;
селективность — избирательность отключения только аварийного участка.
Защитное отключение может применяться в качестве единственной
меры защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В
либо в сочетании с защитным заземлением или занулением.
Рис. 7. Принципиальная схема защитного отключения
электроустановки при появлении напряжения на ее корпусе.
17
В качестве примера рассмотрим УЗО (рис. 7), назначение которого —
быстрое отключение от сети установки, если напряжение ее корпуса
относительно земли окажется выше некоторого предельно допустимого зна-
чения
U
кдои
, вследствие чего прикосновение к корпусу становится опасным.
При замыкании фазного провода на заземленный корпус
электроустановки в начале проявится защитное свойство заземления, в
результате чего напряжение корпуса будет ограничено некоторым значением
U
к
.
Затем, если значение
U
к
окажется выше заранее установленного
предельно допустимого напряжения
U
кдои
, равного 20 В, срабатывает
защитно-отключающее устройство.
При этом реле максимального напряжения, замкнув контакты, подает
питание на отключающую катушку, которая вызовет отключение
выключателя, что приводит к отключению электроустановки от сети.
Применение этого типа УЗО ограничивается электроустановками до 1000 В с
индивидуальным заземлением.
Заключение:
Опасность поражения электрическим током усугубляется тем, что, во
первых, ток не имеет внешних признаков и как правило человек без
специальных приборов не может заблаговременно обнаружить грозящую ему
опасность; во вторых, воздействия тока на человека в большинстве случаев
приводит к серьезным нарушениям наиболее важных жизнедеятельных
систем, таких как центральная нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная,
что увеличивает тяжесть поражения; в третьих, переменный ток способен
вызвать интенсивные судороги мышц, приводящие к не отпускающему
эффекту, при котором человек самостоятельно не может освободиться от
воздействия тока; в четвертых, воздействие тока вызывает у человека резкую
реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания, что при работе
на высоте может привести к травмированию в результате падения.
Электробезопасностью называется система организационных и
технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от
вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги,
электромагнитного поля и статического электричества.
Электробезопасность в производственных помещениях обеспечивается
следующими защитными мерами: применение изоляции, недоступность
токоведущих частей, применение малых напряжений, изоляция
электрических частей от земли.
В качестве критериев электробезопасности производственных
помещений являются обеспечение следующих параметров.
1) Для защиты от поражения наведенным напряжением при
производстве работ на проводах контактной сети, а также воздушных и
кабельных линий необходимо отключенные провода заземлить с двух сторон
18
заземляющими штангами, располагая их одна от другой на расстоянии не
более 200 м (контактная сеть) и 100 м (другие провода).
2) Для обеспечения электробезопасности могут и должно применяться
отдельные или в сочетании друг с другом следующие способы и средства.
3) Защитное заземление - преднамеренное соединение металлических
частей электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением с
землей. Заземление снижает до безопасной величины напряжение
относительно земли металлических частей электроустановки, оказавшихся па
напряжением при повреждении изоляции.
4) Зануление - преднамеренное соединение частей установки,
нормально не находящихся под напряжением, с глухо заземленной
нейтралью трансформатора в трехфазных сетях. При занулении нейтраль
заземляется у источника питания. Эта система имеет наибольшее
распространение.
5) В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной
нейтралью должно быть выполнено зануление. Применение в таких случаях
заземления без зануления не допускается. В некоторых случаях при
занулении у электрического ввода потребителя выполняется повторное
заземление.
6) Защитное отключение - обеспечивает автоматически отключение
всех фаз или полюсов аварийного участка цепи при безопасном для человека
сочетании тока и времени е протекания (полное время отключения должно
быть не более 0,1 с). Устройство защитного отключения обеспечивает
электробезопасность при прикосновении человека к токоведущим частям
оборудования, позволяет осуществлять постоянный контроль изоляции,
отключает установку при замыкании токоведущих частей на землю. Для
защиты люд от поражения электрическим током применяются устройство
защитного отключения с током срабатывания не более 30 мА.
19